广州市轨道交通二等水准控制网扩测工程建设

吕磊，邢汉发

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

1 引言

广州作为华南地区最大的中心城市，发展城市轨道交通是实现广州城市可持续发展的根本保证［1］。为满足广州市城市规划发展的新要求，2008年广州市地下铁道总公司制定了全新的轨道交通2015年线网规划。新增的4号线南延段、6号线东延段、地铁7号线、8号线、9号线、10号线、11号线、13号线(含13号支线)等一系列新线路全面覆盖了广州市中心区域，并进一步向外围扩展。广州市轨道交通工程2015年规划线路扩增后，范围更大，站点、线路更多，2015年原网已经无法满足2015年地铁规划线路扩增后建设的要求，广州市轨道交通工程2015年规划线路二等水准控制网扩测工程建设迫在眉睫。

2 项目目标与技术难点

2.1 项目目标

本项目的实施目标是为广州市轨道交通规划线网2011年～2015年扩展的5条建设线路建立起一个统一覆盖原有线路和新规划线路的、具有高精度和良好兼容性的首级高程控制网。同时高程控制网布设还需要为今后的广州市轨道交通后续规划预留充分的发展空间。总之，项目存在着新旧控制网的整合协调以及全网保持精度一致性等技术难题，项目范围和难度达到了同类项目的较高水平。

2.2 技术难点

高程控制网的精度与可靠性是地铁施工的精度质量基础［2，3］。作为省、市的一项重点工程，广州市轨道交通2015年规划线网建设线路覆盖了全市十余条地铁线路，其意义重大，不容闪失［4］。本项目具有如下几个重要特点:

(1)控制面积广。由于本次项目要为整个轨道交通线路以及地铁远景规划线路提供首级控制，涉及广州市所辖各区市，控制面积达 3 000 km2;

(2)控制网情况复杂。广州市轨道交通2015年规划线网建设线路全网位于广州中心闹市区，沿线多为繁华路段，车辆繁多、行人拥挤。对于精密水准测量而言，观测环境较差、测量难度较大;

(3)广州地处珠江三角洲冲积平原，市域内河流众多，珠江等超大河流密布，跨河水准测量距离较远，不利于二等水准外业观测的实施。这既对跨河水准测量提出更高要求，同时也增加了水准网的优化设计的难度。

3 项目实施

3.1 二等水准控制网建设

轨道交通2015年规划线网建设线路二等水准控制网主要是将原有控制网的维护、更新与2015年新增线路控制网进行了整合实施、全面构网、统一平差。轨道交通高程控制网须满足新增轨道交通线路建设的需要，与已建成的高程控制网连成一个整体进行平差计算，建立广州市各条地铁线路统一的高精度高程控制系统［4］。每条地铁线路基本是一条水准线路的走向，利用了广州市二等水准点和现有的地铁水准点将每条水准线路串联起来，构成水准网。新增设的水准路线的起、终点均与广州市二等高程基准网的水准点或原网的水准点联接成环。

由于沿线多为繁华市区，车辆、行人较多，测量难度较大。项目积极采取应对措施，克服外部不利因素。2015年扩测网应与已于2010年完成的2015控制原网测量相结合，统一进行设计与实施并采取整体平差。2015控制原网全网共观测水准点317个，完成二等水准测量 1 149 km，跨河水准测量33处，新布设水准点144个。2015年扩测网项目全网共有水准点328个，其中旧水准点93个，新选埋基岩水准点160个、墙上水准点75个，项目完成二等水准测量 1 172 km，二等跨河水准测量7个。

3.2 二等跨河水准测量

广州市河网密集，本项目水准控制网跨越广州市多条江河。跨河水准测量严格按设计要求选定与布设场地，使仪器及标尺点构成平行四边形。作业方法、视线距水面的高度、时间段数、测回数、组数及仪器检查等按设计要求执行，保证观测质量。跨河水准测量采用光学测微法和经纬仪倾角法，光学测微法使用威特N3水准仪进行施测，经纬仪倾角法使用威特T3经纬仪进行施测。测量观测方法及技术要求如表1所示:

本项目跨河二等水准测量主要技术要求 表1

4 项目技术特色与新技术应用

4.1 采用基岩钻探方式埋设水准控制点

广州地处珠江三角洲冲积平原，河网密集，地下岩溶发育、溶洞较多。多数地区，尤其是广州市南部番禺、南沙地区因地质条件原因，地表沉陷严重。普通方式布设的水准控制点也易随之出现不同程度的沉降。

为满足地铁施工与长期监测的需求，本项目所建设的高精度二等水准控制网的地面点均采用钻探基岩方式埋设［5］，其原理如图1所示。即采用钻探的方式，打钻孔到岩层并进入微风化层 0.5 m，钻孔直径105 mm，放入直径与钻孔相同的金属套管直至岩层，将铜质标志焊在金属套管的盖上，埋设时将此盖套在金属管上，并现场浇灌混凝土。

牢固、易永久保存的精密水准点既为地铁建设及沿线的建(构)筑物的施工建设提供了可靠的基准点，同时也为今后地铁运营期间的安全监测以及地表沉降监测等提供了较好的基础资料。

图1 精密水准控制点基岩埋设示意图(单位/mm)

4.2 精密跨河水准测量

二等水准跨河测量的前后视距相差较大，仪器i角误差的影响会随着视线长度的增长而加大，为满足测量精度要求，跨河地点的选择及其布设应尽可能地减弱其误差的影响［6］。广州地处珠江三角洲冲积平原，河网密集，项目水准控制网跨越广州市多条江河，共进行跨河水准测量 7处。其中，河宽在 100 m～300 m有3处，300 m～500 m有4处。跨河水准观测每测回高差中误差最大为 1.55 mm，最小为0.09 mm;高差中数中误差最大为 0.55 mm，最小为0.04 mm，以上数据表明跨河水准测量精度较高，满足国家相关规范和技术设计书要求。

4.3 二等水准控制网观测解算

水准测量共观测369个测段，根据测段计算的整个水准网每千米水准测量偶然中误差为±0.45 mm，小于限差 1 mm。水准网共328个水准点，组成9个闭合环，网线示意图如图2所示。环闭合差精度统计如表2所示:

图2 2015年轨道交通线二等水准控制网示意图(深色为扩测线路)

二等水准环闭合差精度统计表 表2

根据水准闭合环计算的整个水准网每千米水准测量全中误差为 ±1.45 mm，小于限差 2 mm。

本项目二等水准网平差共采用26个高等级高程控制点作为起算点。起算点之间具有良好的兼容性，且分布均匀合理。网形薄弱处适当增加了起算点，确保全网更好地得到控制。平差后精度统计如表3所示:

二等水准平差计算精度统计表 表3

起算高程沿用2015控制原网所采用的2000年广州市二等控制网起算高程;整体平差后和2015控制原网的378个水准点的高程变化较差，除5个水准点Ⅱ地5－5、Ⅱ地5－6、Ⅱ地6－5、Ⅱ地4－12、Ⅱ地6－6 分别为 3 mm、3 mm、3 mm、4 mm、5 mm 外，其余都小于等于 2 mm，平差结果很好地融合了既有的2015控制原网，同时也为轨道交通线路的进一步拓展提供了高程控制的基础，具有较高精度和良好的兼容性，2015扩测网数据平差结果与2015控制原网水准点高程较差情况统计如表4所示。

扩测网数据兼容性统计表 表4

4.4 大规模新旧控制网的精密衔接

广州市轨道交通2015年线网涉及全市不同时期、不同阶段建设或规划的地铁，线网跨度大、线路关联广、换乘站点多。项目面临的首要难题就是新旧控制网的协调以及点位兼容要求高。为此，项目在高程控制网建设中，精心进行控制网设计，并与现有各线路控制点充分进行了高密度的联测和优化计算。

项目经过高精度的联测和平差，建立起了统一覆盖原有线路和新规划线路的、具有高精度和良好兼容性的首级高程控制网，解决了新旧控制网的整合协调以及精度一致性等技术难题。经整网平差优化计算后，总计378个重合点高程与原有高程较差小于2 mm的共线点达到95.5%，如表4所示。

全网与原有控制网的重合点符合良好，确保了全市不同时期、不同阶段建设的地铁线网精度均匀性和一致性，确保了不同时期新旧控制网的大规模精密衔接，也为今后的广州市轨道交通的后续规划预留充分的发展空间，因而具有积极的示范效应。

5 总结

本项目覆盖范围广、工作量大，既需要对原网进行维护、更新和检核，又需要针对新增新路进行布设、测量，因而存在着新旧控制网的协调以及点位兼容性要求等难题。项目采用钻探基岩方式埋设水准控制点解决控制点沉降问题，跨河水准测量难题采用改进的测微法跨河水准测量，对保障整网的平差成果精度提供了较好的技术支持。

本项目的成功完成，为我国城市轨道交通大跨度、高精度、多线路体系下的精密控制测量扩测工程提供了有益的探索性经验，对于加快我国较大区域范围内的地铁建设和发展具有积极的示范效应。

［1］郭启幼，孙伟，魏逸飞等.武汉市轨道交通四号线二期工程精密控制网的布设［J］.测绘信息与工程，2012，37(1):21～23.

［2］冷道远.高速铁路无砟轨道CPIII控制网测量技术［J］.隧道建设，2009，2(2):114 ～117.

［3］徐顺明，周广华，杨光.城际轨道交通广佛线二等水准网维护重测与精度分析［J］.铁道勘察，2008，34(4):16～19.

［4］杨光.广州市轨道交通首级精密控制网测量［J］.测绘工程，2012，21(4):82 ～85.

［5］杨光，林鸿，欧海平等.广州市亚厘米级高精度似大地水准面的确定［J］.测绘通报，2007(1):24～25.

［6］张亚勇，卢金涛.二等跨河水准测量在城市轨道交通工程中的应用实例分析［J］.铁道勘察，2008，3:12.